JP6261607B2 - Reactor for autothermal vapor dehydrogenation - Google Patents

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Description

本発明は、モノリスとして構成された不均一系触媒を用いて自熱気相脱水素化を行うための反応器と、当該反応器を用いた方法とに関する。   The present invention relates to a reactor for performing autothermal gas phase dehydrogenation using a heterogeneous catalyst configured as a monolith, and a method using the reactor.

セラミック製または金属製のモノリスは、移動用および定置用の排ガス洗浄分野において貴金属触媒用の触媒キャリアとして確立されている。その通路により、流れについて流れ抵抗を小さくすることができると同時に、気体の反応媒質が触媒の外側面に均等に接触するのを実現することができる。このことは、不規則な集合体に比して有利であり、不規則な集合体では、粒子周辺の流れにおいて無数に生じる偏向により大きな圧力損失が生じ、触媒表面が場合によっては均等に使用されないことがある。一般的に、大量の体積流を用いて、かつ高温で断熱反応設定を行う触媒プロセスを行う場合に、モノリスを用いることに関心が寄せられている。これらの特徴は化学製造技術において、とりわけ、400℃から700℃までの温度領域において進行する脱水素反応に当てはまる。   Ceramic or metal monoliths have been established as catalyst carriers for precious metal catalysts in the field of mobile and stationary exhaust gas cleaning. The passage can reduce the flow resistance of the flow, while at the same time realizing that the gaseous reaction medium contacts the outer surface of the catalyst evenly. This is an advantage over irregular aggregates, which cause large pressure losses due to innumerable deflections in the flow around the particles and in some cases the catalyst surface is not evenly used. Sometimes. In general, there is interest in using monoliths when performing catalytic processes that use a large volume flow and set up adiabatic reactions at high temperatures. These characteristics apply to chemical production techniques, especially to dehydrogenation reactions that proceed in the temperature range from 400 ° C to 700 ° C.

触媒技術が進歩したことにより、たとえば米国特許第7034195号明細書に記載されているように、炭化水素の存在下で脱水素反応水素を選択的に燃焼させることができる。このような運転方式は自熱脱水素化と称され、これにより脱水素反応器を直接加熱することができるので、反応混合物を間接的に事前加熱または中間加熱するための面倒な装置は不要となる。このような手法は、たとえば米国特許出願公開第2008/0119673号明細書に記載されている。しかしこの手法は、ペレット形の不均一系触媒において脱水素反応が行われるという重大な欠点を有する。つまり、ペレット状のばら物の流れ抵抗は高いので、反応器断面を大きくしなければならず、これに応じて、触媒活性層における圧力降下を抑えるために流速を遅くしなければならなくなる。この欠点は、非常に高コストの酸素調量分配装置を用いることにより相殺されるが、このことにより、自熱脱水素化の利点が阻害されてしまう。   Advances in catalyst technology allow the dehydrogenation reaction hydrogen to be selectively burned in the presence of hydrocarbons, for example, as described in US Pat. No. 7,034,195. Such a mode of operation is called autothermal dehydrogenation, which allows the dehydrogenation reactor to be heated directly, eliminating the need for cumbersome equipment to indirectly preheat or intermediately heat the reaction mixture. Become. Such a technique is described in, for example, US Patent Application Publication No. 2008/0119673. However, this method has a serious drawback that the dehydrogenation reaction is performed in a heterogeneous catalyst in the form of a pellet. That is, since the flow resistance of the bulk material in the form of pellets is high, the cross section of the reactor must be enlarged, and accordingly, the flow rate must be slowed to suppress the pressure drop in the catalytically active layer. This disadvantage is offset by the use of a very costly oxygen metering and distribution device, but this hinders the advantages of autothermal dehydrogenation.

欧州特許出願公開第2506963号明細書には、モノリスとして構成された不均一系触媒において混合反応ガスを受け取って酸素含有ガス流を用いて炭化水素含有ガス流の自熱気相脱水素化を行うための横置き円筒型の反応器が開示されており、当該反応器では、
当該反応器の長手方向に取り外し可能に配置されたハウジングGであって、周方向には気密封止されており、両端面は開放している、円筒形または角柱形のハウジングGによって、当該反応器の内部スペースは、
・上下左右前後に重ねられた複数のモノリスのパッケージがそれぞれ設けられた1つまたは複数の触媒活性区域を有する内側領域Aと、
・前記内部領域Aと同軸に配置された外側領域Bと
に分かれており、各触媒活性区域の上流には、固定の内容物を有する混合区域がそれぞれ設けられており、
・脱水素化処理対象である炭素含有ガス流を前記外側領域B内へ導き、反応器の終端部において当該脱水素化処理対象の炭化水素流を偏向し、整流器を介して前記内部領域A内へ供給するための1つまたは複数の供給路を備えており、
・酸素含有ガス流を前記各混合区域へ供給するための、相互に依存せずに調整可能な1つまたは複数の供給路であって、各供給路がそれぞれ1つまたは複数の分配室へ供給する1つまたは複数の供給路を備えており、かつ、
・当該反応器の終端部において前記自熱気相脱水素化の反応混合物を流出するための出口路であって、前記脱水素化処理対象の炭化水素流を供給するための供給路と同様の出口路を備えている。
EP-A-2506963 discloses a method for receiving a mixed reaction gas in a heterogeneous catalyst configured as a monolith and performing autothermal gas phase dehydrogenation of a hydrocarbon-containing gas stream using an oxygen-containing gas stream. A horizontal cylindrical reactor is disclosed, in which the reactor
A housing G which is detachably arranged in the longitudinal direction of the reactor, and is sealed by a cylindrical or prismatic housing G which is hermetically sealed in the circumferential direction and open at both end faces. The internal space of the vessel is
An inner region A having one or more catalytically active areas each provided with a plurality of monolithic packages stacked vertically and horizontally
-It is divided into the inner area A and the outer area B arranged coaxially, and upstream of each catalytic activity area is provided with a mixing area having fixed contents, respectively.
A carbon-containing gas stream to be dehydrogenated is introduced into the outer region B, the hydrocarbon stream to be dehydrogenated is deflected at the end of the reactor, and the inner region A is passed through a rectifier One or more supply channels for supplying to
One or more independently adjustable supply paths for supplying an oxygen-containing gas stream to the respective mixing zones, each supply path supplying one or more distribution chambers, respectively. One or more supply channels, and
An outlet path for flowing out the reaction mixture of the autothermal vapor phase dehydrogenation at the end of the reactor, the same outlet as the supply path for supplying the hydrocarbon stream to be dehydrogenated It has a road.

自熱気相脱水素化の反応ガス混合気を流出させるための出口路が配置されている反応器終端部には、有利には、管群を有する管群型熱交換器が設けられており、この管群内にて自熱気相脱水素化を行うための反応ガス混合気が導かれ、当該管群の各管の間にはスペースが設けられており、このスペース内にて、自熱気相脱水素化の反応ガス混合気の流れとは逆方向に、脱水素化処理対象の炭化水素含有ガス流を流す。   The reactor end portion in which the outlet path for allowing the reaction gas mixture of the autothermal vapor phase dehydrogenation to flow is arranged is advantageously provided with a tube group type heat exchanger having a tube group, A reaction gas mixture for performing autothermal vapor phase dehydrogenation is guided in the tube group, and spaces are provided between the tubes of the tube group. A hydrocarbon-containing gas stream to be dehydrogenated is flowed in a direction opposite to the flow of the dehydrogenation reaction gas mixture.

欧州特許出願公開第2506963号明細書を基礎とする国際公開第2012/084609号には、安全技術上の観点で改善された反応器が記載されており、同刊行物では、外側領域Bに、自熱気相脱水素化の反応条件下では不活性であるガスが供給され、供給路を介して脱水化素処理対象の炭化水素含有ガス流を熱交換器内へ流入させることにより、反応ガス混合気が逆流方向で間接的熱交換により加熱されて、更に、反応器の、熱交換器とは反対側の終端部へ送られて、ここで反応ガス混合気の方向が変えられて、当該反応ガス混合気は整流器を介して内側領域A内へ流入していき、混合区域内において酸素含有ガス流と混合され、これにより、反応器の内側領域Aにおいて自熱気相脱水素反応が発生する。   WO 2012/084609, based on EP 2506963, describes an improved reactor in terms of safety technology, in which the outer region B A gas that is inert under the reaction conditions of the autothermal vapor phase dehydrogenation is supplied, and the hydrocarbon-containing gas stream to be dehydrated and treated is introduced into the heat exchanger via the supply path, thereby mixing the reaction gas. The gas is heated by indirect heat exchange in the reverse flow direction and further sent to the terminal end of the reactor opposite to the heat exchanger, where the direction of the reaction gas mixture is changed and the reaction is performed. The gas mixture flows into the inner region A via the rectifier and is mixed with the oxygen-containing gas stream in the mixing zone, thereby generating an autothermal vapor phase dehydrogenation reaction in the inner region A of the reactor.

しかし、上記の反応器の構成は複雑である。これは特に、反応器内部の空間が、内側領域と、当該反応器の長手方向に配置されるハウジングの設置場所である外側領域とに分かれていることによる。   However, the structure of the above reactor is complicated. This is particularly due to the fact that the space inside the reactor is divided into an inner region and an outer region where the housing is arranged in the longitudinal direction of the reactor.

上記点に鑑みて本発明の課題は、モノリスとして構成された不均一系触媒を用いて自熱気相脱水素化を行うための反応器であって、上記刊行物より格段に簡素化した構成であり、かつ、必要に応じて当該モノリスを簡単に交換できることを保証する反応器を実現することである。   In view of the above points, an object of the present invention is a reactor for performing autothermal vapor phase dehydrogenation using a heterogeneous catalyst configured as a monolith, and has a configuration that is significantly simplified from the above publication. And to realize a reactor that guarantees that the monolith can be easily exchanged if necessary.

前記課題の解決手段は、モノリスとして構成された不均一系触媒において反応ガス混合気を受け取って酸素含有ガス流を用いて炭化水素含有ガス流の自熱気相脱水素化を行うための円筒形の反応器であって、当該円筒形の長手軸は縦方向であり、
・前記反応器の内部スペースに1つまたは複数の触媒活性区域が設けられており、各触媒活性区域はそれぞれ、横方向および/または縦方向に重ねられた複数のモノリスから成るパッケージを有し、各触媒活性区域より上流にはそれぞれ、固定の内容物を有する混合区域が設けられており、
・前記反応器の下端部に、脱水素化処理対象の炭化水素含有ガス流のための1つまたは複数の供給路が設けられており、
・酸素含有ガス流を前記各混合区域へ供給するための、相互に依存せずに調整可能な1つまたは複数の供給路であって、各供給路がそれぞれ1つまたは複数の分配器へ供給する1つまたは複数の供給路が設けられており、
前記反応器の上端部に、前記自熱気相脱水素化の反応ガス混合気のための1つまたは複数の出口路が設けられており、
前記反応器の内壁には全体に絶縁層が設けられており、
前記1つまたは複数の触媒活性区域には、それぞれ1つまたは複数のマンホールを介して前記反応器の外部からアクセスできることが保証されているか、
または、
・前記1つまたは複数の各触媒活性区域はそれぞれ、
・各触媒活性区域より上流に設けられた、固定の内容物を有する前記混合区域と、
・相互に依存せずに調整可能である前記1つまたは複数の供給路と、
・それぞれ1つの供給路により供給される前記1つまたは複数の分配器であって、個別に着脱可能である部品としてそれぞれ構成された前記1つまたは複数の分配器
を含めた、横方向および/または縦方向に重ねられた複数のモノリスから成るパッケージを含む
ことを特徴とする反応器である。
The solution to the problem is a cylindrical shape for receiving a reaction gas mixture in a heterogeneous catalyst configured as a monolith and performing autothermal vapor phase dehydrogenation of a hydrocarbon-containing gas stream using an oxygen-containing gas stream. A reactor wherein the longitudinal axis of the cylinder is longitudinal;
One or more catalytically active zones are provided in the internal space of the reactor, each catalytically active zone having a package consisting of a plurality of monoliths stacked laterally and / or longitudinally, A mixing zone with fixed contents is provided upstream of each catalytic activity zone,
One or more supply paths for the hydrocarbon-containing gas stream to be dehydrogenated are provided at the lower end of the reactor,
One or more independently adjustable supply paths for supplying an oxygen-containing gas stream to the respective mixing zones, each supply path supplying one or more distributors, respectively. One or more supply channels are provided,
One or more outlet passages for the reaction gas mixture of the autothermal gas phase dehydrogenation are provided at the upper end of the reactor;
An insulating layer is provided on the entire inner wall of the reactor,
It is ensured that the one or more catalytic activity zones can be accessed from outside the reactor via one or more manholes, respectively;
Or
Each of the one or more catalytically active areas is
-Said mixing zone with fixed contents provided upstream from each catalytic activity zone;
One or more supply paths that are adjustable independently of each other;
One or more distributors each supplied by one supply channel, including the one or more distributors, each configured as an individually removable part, and / or Alternatively, the reactor includes a package composed of a plurality of monoliths stacked vertically.

前記個別の部品は、たとえば溶接継目を介して、互いに接合および分離することができる。   The individual parts can be joined and separated from each other, for example via a welded seam.

とりわけ、フランジを用いて前記個別の部品を互いに結合および分離することができる。   In particular, flanges can be used to couple and separate the individual parts from each other.

1つの実施形態では前記課題は、モノリスとして構成された不均一系触媒において混合反応ガスを受け取って酸素含有ガス流を用いて炭化水素含有ガス流の自熱気相脱水素化を行うための円筒形の反応器であって、当該円筒形の長手軸は縦方向であり、
・前記反応器の内部スペースに1つまたは複数の触媒活性区域が設けられており、各触媒活性区域はそれぞれ、横方向および/または縦方向に重ねられた複数のモノリスから成るパッケージを有し、各触媒活性区域より上流にはそれぞれ、固定の内容物を有する混合区域が設けられており、
・前記反応器の下端部に、脱水素化処理対象の炭化水素含有ガス流のための1つまたは複数の供給路が設けられており、
・酸素含有ガス流を前記各混合区域へ供給するための、相互に依存せずに調整可能な1つまたは複数の供給路であって、各供給路がそれぞれ1つまたは複数の分配器へ供給する1つまたは複数の供給路が設けられており、
・前記反応器の上端部に、前記自熱気相脱水素化の反応ガス混合気のための1つまたは複数の出口路が設けられており、
前記1つまたは複数の各触媒活性区域には、それぞれ1つまたは複数のマンホールを介して反応器外部からアクセス可能であり、前記反応器の内壁には全体に絶縁層が設けられている。
In one embodiment, the problem is a cylindrical shape for receiving a mixed reaction gas in a heterogeneous catalyst configured as a monolith and performing autothermal gas phase dehydrogenation of a hydrocarbon-containing gas stream using an oxygen-containing gas stream. The longitudinal axis of the cylindrical shape is the longitudinal direction,
One or more catalytically active zones are provided in the internal space of the reactor, each catalytically active zone having a package consisting of a plurality of monoliths stacked laterally and / or longitudinally, A mixing zone with fixed contents is provided upstream of each catalytic activity zone,
One or more supply paths for the hydrocarbon-containing gas stream to be dehydrogenated are provided at the lower end of the reactor,
One or more independently adjustable supply paths for supplying an oxygen-containing gas stream to the respective mixing zones, each supply path supplying one or more distributors, respectively. One or more supply channels are provided,
One or more outlet channels for the reaction gas mixture of the autothermal gas phase dehydrogenation are provided at the upper end of the reactor,
Each of the one or more catalytically active areas can be accessed from the outside of the reactor through one or more manholes, respectively, and an insulating layer is provided on the entire inner wall of the reactor.

したがって本発明では、長手方向が縦方向である円筒形の反応器を、すなわち直立型の装置として構成された反応器を提供する。   Accordingly, the present invention provides a cylindrical reactor whose longitudinal direction is the longitudinal direction, that is, a reactor configured as an upright apparatus.

前記モノリスは、当該モノリスの通路内の通流が縦方向に行われるように、触媒活性区域内に組み付けられている。   The monolith is assembled in the catalytic activity zone so that the flow in the monolith passageway is longitudinal.

自熱気相脱水素化は、モノリスの形態の不均一系触媒において実施される。   Autothermal gas phase dehydrogenation is carried out in a heterogeneous catalyst in the form of a monolith.

ここではモノリスとは、相互に平行に配置された多数の貫通路を有する、一体部品の平行六面体のブロックであって、各通路の断面が約0.36mmから9mmまでと小さい平行六面体ブロックを指す。前記通路は有利には、正方形の断面を有するように形成されており、特に、当該正方形の一辺の長さが0.6mmから3mmまでの範囲内であり、特に有利には1.0mmから1.5mmまでの間の範囲内である。 Here, the monolith is a unitary parallelepiped block having a large number of through passages arranged in parallel with each other, and each passage has a small cross section of about 0.36 mm 2 to 9 mm 2. Point to. The passage is preferably formed to have a square cross section, in particular the length of one side of the square is in the range from 0.6 mm to 3 mm, particularly preferably from 1.0 mm to 1 mm. Within the range of up to 5 mm.

前記モノリスは有利には、支持体材料としてのセラミック材料上に、有利にはいわゆるウォッシュコート法により触媒活性層を成膜したものから成る。   Said monolith advantageously consists of a catalytically active layer deposited on a ceramic material as support material, preferably by the so-called washcoat method.

モノリス構造に慣用されている材料は、コーディエライト(酸化マグネシウムと酸化シリコンと酸化アルミニウムとから成るセラミック材料であり、その比は2:5:2である)。モノリス構造で市販されている他の材料は、金属、ムライト(酸化シリコンと酸化アルミニウムとを2:3の比で混合した混合酸化物)および炭化シリコンである。これらの材料の比表面積(BET=Brunauer,Emmet および Teller)は、コーディエライトと同様に小さい(たとえば、コーディエライトの比表面積は、典型的には0.7m/gである)。 A commonly used material for monolith structures is cordierite (a ceramic material composed of magnesium oxide, silicon oxide and aluminum oxide, the ratio is 2: 5: 2). Other materials that are commercially available in monolithic structures are metals, mullite (a mixed oxide in which silicon oxide and aluminum oxide are mixed in a ratio of 2: 3) and silicon carbide. The specific surface area of these materials (BET = Brunauer, Emmet and Teller) is as small as cordierite (eg, the specific surface area of cordierite is typically 0.7 m 2 / g).

モノリスセラミック部材は、25〜1600cpsiのセル密度(1平方インチあたりのセル数、5〜0.6mmのセルサイズに相当する)のものが入手可能である。より高いセル密度を用いると幾何学的な表面積が拡大し、触媒をより効率的に使用することが可能となる。セル密度が高いことの欠点は、製造プロセスが幾らか困難になること、ウォッシュコート成膜がより困難になること、および、反応器における圧力損失が高くなることである。さらに、通常はセル密度が高くなるとセル壁も薄くなり、このことによりモノリスの機械的安定性も低下する。円筒形の反応器では、モノリスの縁部領域を適宜カットすることにより調整しなければならない。しかし、セル密度が高いモノリスの場合、圧力損失は充填体反応器と比較して非常に小さく抑えられる(通常は1/10)。これは、モノリス通路が真っ直ぐであることに起因する。   Monolithic ceramic members are available with a cell density of 25-1600 cpsi (corresponding to the number of cells per square inch, cell size of 5-0.6 mm). Using a higher cell density increases the geometric surface area and allows the catalyst to be used more efficiently. The disadvantages of high cell density are that the manufacturing process is somewhat difficult, washcoat deposition is more difficult, and the pressure loss in the reactor is high. In addition, cell walls typically become thinner as the cell density increases, thereby reducing the mechanical stability of the monolith. In a cylindrical reactor, the monolith edge region must be adjusted by cutting appropriately. However, for monoliths with a high cell density, the pressure loss is very small compared to packed reactors (usually 1/10). This is due to the monolithic passage being straight.

モノリスセラミック部材を製造するためには、タルクと粘土と、酸化アルミニウムを供給する成分と、二酸化シリコンとの混合物を製造し、当該混合物をミキシングして成形材料を形成し、当該混合物を成形し、原材料を乾燥させ、1200℃から1500℃までの温度で加熱することができる。このようにすると、主にコーディエライトを含有し、かつ低い熱膨張係数を有するセラミックが得られる。一般化して言うと、適切なレオロジー特性と適切な組成とを有するペーストを押出成形してモノリス担体を形成することができる。このペーストは通常、適切な粒径のセラミック粉末と、無機および/または有機の添加剤と、溶剤(水)と、pH値を調整するためのペプタイザ(酸)と、永久バインダ剤(コロイド溶剤またはゾル)とを混合したものから成る。前記添加剤は、ペーストの粘性率を調整するための可塑剤または界面活性剤とするか、または、後で焼却可能な一時的なバインダ剤とすることができる。時々、モノリスの機械的強度を向上させるためにガラス繊維または炭素繊維を添加することもある。前記永久バインダ剤は、モノリスの内部強度を改善するものでなければならない。   In order to manufacture a monolithic ceramic member, a mixture of talc, clay, a component supplying aluminum oxide, and silicon dioxide is manufactured, the mixture is mixed to form a molding material, the mixture is formed, The raw material can be dried and heated at temperatures from 1200 ° C to 1500 ° C. In this way, a ceramic mainly containing cordierite and having a low coefficient of thermal expansion is obtained. In general terms, a monolithic carrier can be formed by extruding a paste having the appropriate rheological properties and the appropriate composition. This paste usually contains ceramic powder of appropriate particle size, inorganic and / or organic additives, solvent (water), peptizer (acid) for adjusting the pH value, permanent binder agent (colloid solvent or Sol). The additive may be a plasticizer or surfactant for adjusting the viscosity of the paste, or may be a temporary binder that can be incinerated later. Sometimes glass fibers or carbon fibers are added to improve the mechanical strength of the monolith. The permanent binder agent should improve the internal strength of the monolith.

コーディエライトモノリスは、タルク、カオリン、か焼したカオリン、および酸化アルミニウムから成る原料から製造することができ、これにより、45重量%から55重量%までのSiOと、32重量%から40重量%までのAlと、12重量%から15重量%までのMgOとから成る化合物も一緒に生成される。タルクは、主に水酸化珪酸マグネシウムMgSi10(OH)から成る材料である。タルクは採掘源および純度に応じて、トレモライト(CaMg(SiO)、蛇紋石(3MgO.2SiO,2HO)、アンソフィライト(Mg(OH)(Si11)、マグネサイト(MgCO)、雲母およびクロライト等の他の鉱物と共存させることもできる。 Cordierite monoliths can be made from raw materials consisting of talc, kaolin, calcined kaolin, and aluminum oxide, thereby providing 45 to 55 wt% SiO 2 and 32 to 40 wt%. % Of Al 2 O 3 and 12% to 15% by weight of MgO are produced together. Talc is a material mainly composed of magnesium hydroxide silicate Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2 . Talc is tremolite (CaMg 3 (SiO 3 ) 4 ), serpentine (3MgO.2SiO 2 , 2H 2 O), anthophyllite (Mg 7 (OH) 2 (Si 4 O 11 ), depending on the mining source and purity. 2 ), magnesite (MgCO 3 ), mica, and other minerals such as chlorite.

押出成形により、たとえばSiC,BC,Si,BN,AlN,Al,ZrO、ムライト、チタン酸アルミニウム、ZrB、サイアロン、ペロブスカイト、炭素およびTiO等の他の材料からモノリスを製造することも可能である。 Other materials such as SiC, B 4 C, Si 3 N 4 , BN, AlN, Al 2 O 3 , ZrO 2 , mullite, aluminum titanate, ZrB 2 , sialon, perovskite, carbon and TiO 2 by extrusion molding It is also possible to produce a monolith from

モノリス製品の特性に関して重要なのは、押出成形時のノズルの品質、成形可能な混合物を製造するのに用いられる材料の種類および特性の他に、添加される添加剤、pH値、水分量、および、押出成形時に用いられる力である。押出成形時に使用される添加剤は、たとえばセルロース、CaCl、エチレングリコール、ジエチレングリコール、アルコール、ワックス、パラフィン、酸および耐熱性無機繊維である。水の他に、たとえばケトン、アルコールおよびエーテル等の他の溶剤を用いることも可能である。添加剤を添加することにより、たとえばマイクロクラック形成等のモノリスの特性を改善することができ、これにより温度変化耐性も向上させることができ、また、多孔性の改善、吸収性能を改善しかつ機械的強度を向上させること、または、熱膨張を小さくすることができる。 Important with respect to the properties of the monolith product are the quality of the nozzle during extrusion, the type and characteristics of the material used to produce the moldable mixture, as well as the additive added, pH value, moisture content, and This is the force used during extrusion. Additives used at the time of extrusion are, for example, cellulose, CaCl 2 , ethylene glycol, diethylene glycol, alcohol, wax, paraffin, acid and heat-resistant inorganic fibers. In addition to water, it is also possible to use other solvents such as ketones, alcohols and ethers. By adding additives, it is possible to improve the characteristics of the monolith, such as microcrack formation, thereby improving temperature change resistance, improving porosity, improving absorption performance, and The mechanical strength can be improved, or the thermal expansion can be reduced.

剥き出し状態のこのモノリス構造には、1つまたは複数のセラミック酸化物を含む触媒キャリア層が被膜され、または、触媒作用を示す金属と、他の任意の(促進)要素とを、既にセラミック酸化物担体材料に担持した状態のものを含む触媒層が被膜される。この被膜処理は、ウォッシュコート成膜法により形成される。   This bare monolith structure is coated with a catalyst carrier layer containing one or more ceramic oxides, or the catalytic metal and any other (promoting) elements are already ceramic oxides. A catalyst layer containing a material supported on a support material is coated. This coating treatment is formed by a wash coat film forming method.

以下、反応器への組み付けについての有利な実施態様を、詳細に説明する。   In the following, advantageous embodiments for assembly into the reactor will be described in detail.

実施態様1:
反応器において、スペースを置かずに複数のモノリスを横方向と縦方向とに互いに接するように重ね合わせる。その際には、すべてのモノリスにおいて縦方向に通流することを保証しなければならない。
Embodiment 1:
In the reactor, a plurality of monoliths are stacked so as to contact each other in the horizontal direction and the vertical direction without leaving a space. In that case, it must be ensured that all monoliths flow vertically.

製造技術上の理由により、モノリスは凹凸と歪みとを有するので、重ねる際には、直接隣接する各モノリス間に生じるギャップの幅が異なってくる。このことにより、反応ガス混合気の迂回路が生じる。それゆえ、モノリスの外壁にも触媒コーティングを施す必要がある。   For reasons of manufacturing technology, monoliths have irregularities and distortions, and therefore, when they are stacked, the widths of the gaps formed between the adjacent monoliths are different. This creates a detour of the reaction gas mixture. Therefore, it is necessary to apply a catalyst coating to the outer wall of the monolith.

モノリスは、反応器の曲面に応じてカットすることにより、当該反応器の円筒形の内壁に合わせて調整しなければならない。好適にはこのカットは、反応器に組み付けるためにモノリスを納品する前に既に行う。というのもこのようにすると、付随的に発生するダストや残りかすを貴金属リサイクルにそのまま直接供給できるからである。   The monolith must be adjusted according to the cylindrical inner wall of the reactor by cutting according to the curved surface of the reactor. Preferably this cut is already made before delivery of the monolith for assembly into the reactor. This is because, in this way, incidentally generated dust and residue can be directly supplied to precious metal recycling.

モノリスは、1層または複数層にわたって、間隔無しで直に重ねて組み付けられるか、または互いにずらされて組み付けられる。有利には5層から30層が重ねて組み付けられ、特に15層から20層が重ねて組み付けられる。   Monoliths can be assembled directly over one or more layers without any spacing, or they can be offset from each other. 5 to 30 layers are preferably assembled one on the other, in particular 15 to 20 layers are assembled one on the other.

1つの有利な実施形態では、各層は互いに回転方向に45°ずらされて配置されて組み付けられることにより、パッケージに一続きの貫通するギャップが生じないようにされる。前記層は有利には、次の層のモノリスの角の点が、その下にある層において4つのモノリスが互いに隣接する点に載るように重ねて設けられる。   In one advantageous embodiment, the layers are arranged and assembled with a rotational offset of 45 ° relative to each other so that a continuous through gap is not created in the package. Said layer is advantageously provided in such a way that the corner points of the monolith of the next layer rest on the point where the four monoliths are adjacent to each other in the layer below it.

横方向の層を組み付けるために有利なのは、以下の態様で進めることである:
まず最初に、適切にカットされた枠部材を反応器の内側シェルに取り付け、その次に、各モノリスを外部から内部に入れる。層の中央を埋める最後の4つのモノリスを一緒に挿入し、当該最後の4つのモノリスが、当該層の他の残りのモノリスをもう一度しっかり、縁部領域において反応器内壁に向かって挿入された膨張マット封止部に押し込む。
For assembling the lateral layers, it is advantageous to proceed in the following manner:
First, a suitably cut frame member is attached to the inner shell of the reactor, and then each monolith is introduced from the outside to the inside. The last four monoliths that fill the middle of the layer are inserted together, and the last four monoliths are inserted once more firmly into the other remaining monoliths of the layer, towards the reactor inner wall in the edge region Push into mat seal.

上述の実施形態では、温度監視素子を組み付けるのが困難になってしまう。というのも、この温度監視素子は製造に起因して、モノリスの通路幅よりも大きな厚さになり、このことにより、モノリス内の通流が阻害されてしまうからである。しかし、各モノリス間の各ギャップに温度監視素子を別々に組み付け、この温度監視素子を外部に向かって膨張マット封止部内に引き出し、ここからポートを介して反応器の外側にまで繋ぐという手段がある。温度監視素子を組み付ける他の態様としては、モノリスにスルーホールを形成してサーマルスリーブを挿入し、その後、このサーマルスリーブ内にマルチ熱電対を組み付けるという態様がある。   In the above-described embodiment, it becomes difficult to assemble the temperature monitoring element. This is because the temperature monitoring element has a thickness larger than the passage width of the monolith due to manufacturing, and this impedes the flow in the monolith. However, there is a means in which a temperature monitoring element is separately assembled in each gap between each monolith, the temperature monitoring element is drawn out into the expansion mat sealing portion toward the outside, and is connected to the outside of the reactor from here through the port. is there. As another mode for assembling the temperature monitoring element, there is a mode in which a through hole is formed in a monolith, a thermal sleeve is inserted, and then a multi-thermocouple is assembled in the thermal sleeve.

実施態様1a:
以下の実施態様では、モノリス通路を塞ぐことなく、温度監視のために熱電対を簡単に組み付けることができる。こうするためには、実施態様1にて説明したようにモノリスを組み付けるが、その際には、細い金属板スペーサを挿入することによって、上下に直接重なる層間に間隔が確実に空くようにする。この細い金属板スペーサは、たとえば格子の形態で組み付けられるか、または個別部品として組み付けられる。このようにして、互いに重なり合う各モノリス層間に、10mmから50mmまでの範囲の間隔が、有利には10mmから20mmまでの範囲の間隔が空くのが保証される。
Embodiment 1a:
In the following embodiments, a thermocouple can be easily assembled for temperature monitoring without blocking the monolith passage. In order to do this, the monolith is assembled as described in the first embodiment, and in that case, a thin metal plate spacer is inserted to ensure a space between the layers directly overlapping in the vertical direction. The thin metal plate spacers are assembled, for example, in the form of a grid or assembled as individual parts. In this way, it is ensured that there is an interval in the range of 10 mm to 50 mm, preferably an interval in the range of 10 mm to 20 mm, between the monolith layers that overlap each other.

実施態様2:
実施態様2は実施態様1aに相当する。すなわち当該態様では、モノリスの複数の横方向の層が設けられ、これらの層は、スペーサにより間隔をおいて互いに重なって組み付けられている。この実施態様2が実施態様1aと相違する点は、各層のモノリスが、反応ガス混合気が通流しない側において、膨張マットまたは鉱物繊維不織布マットに挿入されていることにより、互いに封止されていることである。
Embodiment 2:
Embodiment 2 corresponds to embodiment 1a. That is, in this aspect, a plurality of lateral layers of monoliths are provided, and these layers are assembled with each other at intervals with a spacer. This embodiment 2 is different from embodiment 1a in that the monoliths of the respective layers are sealed with each other by being inserted into the expansion mat or the mineral fiber nonwoven mat on the side where the reaction gas mixture does not flow. It is that you are.

実施態様3:
実施態様3では、横方向および/または縦方向に重なった2つ以上のモノリスのモジュールを前提構成とし、このモノリスモジュールは、マンホール(立入ポート)を介して未だ反応器内に組み付け可能であるように寸法調整しなければならない。各モジュールの周面は、モノリス通路に反応ガス混合気を流すための貫通孔を開けることにより、有利には多結晶ムライト繊維から成るセラミック繊維製の、鉱物繊維不織布内または膨張マット内に包み、締付具を用いて金属製のケーシング内に挿入する。各モジュールを横方向に並べ、かつ、実施態様1aにて説明したように、金属板スペーサを挿入して、層で縦方向に重ねて配置する。
Embodiment 3:
Embodiment 3 is premised on a module of two or more monoliths that are overlapped in the horizontal and / or vertical direction, and this monolith module can still be assembled in the reactor via a manhole (ingress port). The dimensions must be adjusted. The peripheral surface of each module is wrapped in a mineral fiber nonwoven fabric or in an expanded mat, preferably made of ceramic fibers made of polycrystalline mullite fibers, by opening through holes for flowing the reaction gas mixture in the monolith passages, Insert into the metal casing using fasteners. The modules are arranged in the horizontal direction, and as described in the embodiment 1a, the metal plate spacers are inserted, and the modules are arranged so as to overlap each other in the vertical direction.

反応器は500℃から690℃までの間の温度で、有利には550℃から620℃までの温度で動作し、反応器内の通流は下方から上方に向かって行われる。反応器の動作中には、金属の反応器スリーブはセラミックモノリスよりも大きく膨張するので、これが緩んでしまうことがある。   The reactor operates at a temperature between 500 ° C. and 690 ° C., preferably at a temperature between 550 ° C. and 620 ° C., and the flow through the reactor takes place from below to above. During reactor operation, the metal reactor sleeve expands more than the ceramic monolith and can loosen.

それゆえ本発明では、反応器の内壁の、モノリスがある領域に、耐圧性の絶縁部が被覆され、モノリスは膨張マットを用いて、この耐圧性の絶縁部から封止される。   Therefore, in the present invention, a region having a monolith on the inner wall of the reactor is covered with a pressure-resistant insulating portion, and the monolith is sealed from the pressure-resistant insulating portion using an expansion mat.

内壁に絶縁被覆を施す利点は、反応器壁の温度が低下し、これにより当該反応器壁の熱膨張が小さくなることである。さらに、反応器温度が低下することにより、反応器外殻部に低コストの材料を選定することができ、膨張マットが縁部領域において発揮すべき封止性能を抑えることができる。   The advantage of applying an insulating coating to the inner wall is that the temperature of the reactor wall is lowered, thereby reducing the thermal expansion of the reactor wall. Furthermore, since the reactor temperature decreases, a low-cost material can be selected for the reactor shell, and the sealing performance that the expansion mat should exhibit in the edge region can be suppressed.

実施態様1および1aのモノリスでは、その全表面を、すなわち通路内もモノリス外面も被膜しなければならない。   In the monoliths of embodiments 1 and 1a, the entire surface must be coated, i.e. both in the passageway and in the monolith outer surface.

セラミックモノリスのマクロ多孔構造により、ウォッシュコート層の固定が容易になる。ウォッシュコート成膜の手法は2つの手法に分けることができ、マクロ多孔性担体(一部)に、表面積が大きいウォッシュコート材料を充填することができ、または、ウォッシュコートを層として、セラミック担体の気孔内に成膜することができる。このように気孔に充填することにより、モノリスとウォッシュコートとの相互作用が最大になる。というのも、ウォッシュコート層の大部分が担体の気孔内に実際に固定し、モノリス通路の外表面にのみ結合されることがなくなるからである。このような成膜方式は、堆積される材料を溶解したもの(またはゾル)を用いて実施されるか、または、非常に小さいコロイド粒子を含む溶液を用いて実施される。気孔充填を利用した被膜の欠点は、成膜可能なコーティングの量が限られていることである。というのも、気孔はいずれ完全に充填されてしまい、ウォッシュコートにまで接触することが不可能になるからである。   The macroporous structure of the ceramic monolith makes it easy to fix the washcoat layer. The method of film formation of the washcoat can be divided into two methods. The macroporous support (part) can be filled with a washcoat material having a large surface area, or the washcoat can be used as a layer to form a ceramic support. A film can be formed in the pores. By filling the pores in this way, the interaction between the monolith and the washcoat is maximized. This is because most of the washcoat layer is actually fixed in the pores of the carrier and is not bonded only to the outer surface of the monolith passage. Such a film forming method is performed using a solution (or sol) in which a material to be deposited is dissolved, or using a solution containing very small colloidal particles. A drawback of coatings using pore filling is that the amount of coating that can be deposited is limited. This is because the pores will eventually be completely filled, making it impossible to contact the washcoat.

モノリスにより、炭化水素の自熱脱水素化を実施するのに有利な前提条件が実現され、特に、不規則にパッケージングされた固定床と比較して反応器の断面を狭くし、かつ、流速を速くすることを実現することができ、これにより、炭化水素を含む主流に、酸素を効率的に段階的に調量することができるようになる。このようにして、不規則にパッケージングされた固定床と比較して反応器断面が小さくなることにより、分配器にかかる機械的負荷と、混合区域の固定内容物にかかる機械的負荷との双方が小さくなる。すなわち、固定する長さが短くなることにより、分配器および混合区域の固定内容物の付着耐久力が弱くなる。さらに、不規則にパッケージングされた固定床の場合のように、反応器内における主流方向が下方向に限定されることはない。   Monoliths provide advantageous preconditions for carrying out the autothermal dehydrogenation of hydrocarbons, in particular the reactor cross-section is narrow compared to an irregularly packaged fixed bed, and the flow rate It is possible to realize a high speed of oxygen, and thereby, it becomes possible to meter the oxygen efficiently and stepwise into the mainstream containing hydrocarbons. In this way, both the mechanical load on the distributor and the mechanical load on the fixed contents of the mixing zone are reduced due to the smaller reactor cross section compared to the irregularly packed fixed bed. Becomes smaller. That is, when the fixing length is shortened, the adhesion durability of the fixed contents in the distributor and the mixing area is weakened. Further, the main flow direction in the reactor is not limited to the downward direction as in the case of an irregularly packaged fixed bed.

停止時間が長くなると、その経過後には、同刊行物にて推奨されている触媒を、通常は簡単に再生することができる。この再生のためにはたとえば、まず最初に第1の再生段において、(有利には)窒素および/または水蒸気によって希釈化した空気を300℃から600℃までの入口温度で(極端な事例では、最大750℃でも)触媒固定床内に流す。前記入口温度はしばしば、500℃から600℃であることが多い。回生ガスによる触媒への堆積量は(再生された後の触媒の総量に対して)たとえば50h−1から10,000h−1にもなることがあり、再生ガスの酸素含有率は0.5体積%から20体積%になることがある。 If the stop time becomes longer, the catalyst recommended in the publication can usually be easily regenerated after that time. For this regeneration, for example, in the first regeneration stage, the air diluted with nitrogen and / or water vapor (advantageously) at an inlet temperature of 300 ° C. to 600 ° C. (in the extreme case, Flow in a fixed catalyst bed (even at up to 750 ° C). The inlet temperature is often from 500 ° C to 600 ° C. Deposit amount to the catalyst by the regeneration gas can be as much as 10,000 h -1 from (based on the total amount of the catalyst after being reproduced) example 50h -1, the oxygen content of the regeneration gas 0.5 volume % To 20% by volume.

その後、一般的には、その他の点では同じ条件下で、純粋な水素分子を用いて、または、水素分子を不活性ガス(有利には水蒸気および/または窒素)によって希釈化したものを用いて再生することが推奨されている(水素含有率は、1体積%以上にしなければならない)。   Thereafter, generally using pure hydrogen molecules or otherwise diluted with an inert gas (preferably water vapor and / or nitrogen), otherwise under the same conditions It is recommended to regenerate (hydrogen content must be 1% by volume or more).

横方向と縦方向とにおいて間隔をおかずに重ねられてパッケージを成す複数のモノリスは、有利には膨張マットまたは鉱物繊維不織布に包まれ、締付具を用いてケーシング内に挿入される。好適なのは、排ガス触媒用として公知である不織布等の不織布を、前記鉱物繊維不織布として使用することであり、たとえばスリーエム社(登録商標)の担持マットであるインターラム(登録商標)を用いるのが有利である。   A plurality of monoliths that are stacked in the transverse and longitudinal directions to form a package are preferably wrapped in an expanded mat or a mineral fiber nonwoven and inserted into the casing using fasteners. It is preferable to use a non-woven fabric such as a non-woven fabric known as an exhaust gas catalyst as the mineral fiber non-woven fabric. For example, it is advantageous to use Interlam (registered trademark) which is a support mat of 3M (registered trademark). It is.

膨張マットは触媒排ガス洗浄分野において公知であり、たとえば独国特許出願公開第4026566号明細書に記載されている。ここで記載されている膨張マットは基本的に、とりわけバーミキュライト等の雲母を埋め込んだセラミック繊維から成る。雲母の埋め込みにより、温度上昇時には膨張マットは膨張するのが困難になり、このことにより、温度が上昇したときに膨張マットに包まれた物体を特に確実に保持することが可能となる。   Expansion mats are known in the field of catalytic exhaust gas cleaning and are described, for example, in DE 40 26 666 A1. The expansion mat described here basically consists of ceramic fibers embedded with mica, such as vermiculite, among others. By embedding mica, it becomes difficult for the expansion mat to expand when the temperature rises, and this makes it possible to hold the object wrapped in the expansion mat particularly reliably when the temperature rises.

鉱物不織布または膨張マットは、熱が加わると膨張するように、かつ、通常はセラミックであるモノリスをハウジングから封止するように、特に、ハウジングにおけるモノリスの摩擦と、反応ガス混合気がハウジングの内壁において迂回して流動することとを阻止するように選定される。   Mineral nonwovens or inflatable mats expand in response to heat and seal the monolith, usually ceramic, from the housing, in particular the friction of the monolith in the housing and the reaction gas mixture on the inner wall of the housing. Is selected to prevent detouring and flow.

モノリスを包んだ、縁部領域にある膨張マットによって、モノリスを安定的に位置決めすることができる。というのも、モノリスは熱膨張すると張力を生ずるからである。しかし、誤った用法で使用すると、そのうち、この張力は緩和することがある。それゆえ、締付具を設けるのが有利である。   The monolith can be stably positioned by means of an inflatable mat in the edge area that encloses the monolith. This is because monoliths produce tension when thermally expanded. However, if used in the wrong usage, this tension may ease over time. It is therefore advantageous to provide a fastener.

複数のモノリスを横方向および/または縦方向に重ねたものから成るパッケージは、有利には4つ以上の部分パッケージから構成することができ、これらの各部分パッケージにはそれぞれ、金属の表面を個別に設けており、かつ、これらの部分パッケージが反応器の断面を完全に充填し、バイパス路に対して相互に封止可能であるように、前記部分パッケージを組み立てることができるように構成されている。   A package consisting of a plurality of monoliths stacked laterally and / or longitudinally can advantageously be composed of four or more partial packages, each of which has a separate metal surface. And the partial packages can be assembled such that these partial packages completely fill the cross section of the reactor and can be sealed to each other with respect to the bypass path. Yes.

上記実施形態に代えて択一的に、または上記実施形態と併用して、2つ以上の部分パッケージから成るパッケージを、その高さに組み立てることも可能である。   Instead of the above embodiment, or in combination with the above embodiment, it is possible to assemble a package composed of two or more partial packages at the height.

好適には、取り扱いを容易にするため、上述の部分パッケージ全てを1つのハウジング内にまとめることができる。   Preferably, all of the partial packages described above can be combined in one housing for ease of handling.

横方向および/または縦方向に重ねられたモノリスから成るパッケージは、とりわけ、それぞれ1つの格子台上に配置される。   Packages consisting of monoliths stacked in the horizontal and / or vertical direction are arranged, inter alia, on one grid stand.

格子台は有利には、反応ガス混合気を流すための通路を塞がないように構成しなければならない。これを確実に阻止するために有利なのは、格子台に直接接する領域に設けられる1つまたは複数の層のモノリスの通路の断面を、当該格子台までの距離がより大きい他のモノリスの通路断面より格段に大きくすることである。通路間の隔壁の厚さは、上方にある通路を当該隔壁が塞がないように薄くしなければならない。   The grid base should advantageously be constructed so as not to block the passage for the reaction gas mixture to flow. In order to reliably prevent this, it is advantageous to make the cross section of the monolith passage of one or more layers provided in the area directly in contact with the grid base more than the cross section of the other monolith with a greater distance to the grid base. It is to make it much larger. The thickness of the partition between the passages must be thin so that the upper passage is not blocked by the partition.

これに代えて択一的に、格子台上に1層または複数層の金網を設けることもできる。その際には、格子台上に直接配置された層の網目を幾らか粗くし、モノリスに近い層ほど、その網目を細かくしていく。有利には、網目幅は5mmから15mmまでであり、ワイヤ径は0.2mmから2mmまでである。   Alternatively, one or more layers of wire mesh can be provided on the lattice base. In that case, the mesh of the layer arranged directly on the lattice base is made somewhat coarser, and the mesh closer to the monolith is made finer. Advantageously, the mesh width is from 5 mm to 15 mm and the wire diameter is from 0.2 mm to 2 mm.

上記実施形態と併用して、または上記実施形態に代えて択一的に、格子台に直接接する領域に、開放孔の発泡セラミックから成る層を設けることができる。この発泡セラミックの通流可能な間隙の容積は、有利には70%から90%までである。   In combination with the above-described embodiment or alternatively, in place of the above-described embodiment, a layer made of a foamed ceramic with an open hole can be provided in a region in direct contact with the lattice base. The volume of the gap through which the ceramic foam can flow is preferably 70% to 90%.

特に好適には、格子台に直接接する領域に、高い気孔率の発泡セラミックから成る第1層を設け、その上に、厚さ50mmの複数のモノリスから構成された第2層を設けることができる。この第2層の通路の断面は、格子台からの距離がより大きい他のモノリスの通路断面よりも大きい。とりわけ、前記第1層の自由間隙の容積は約70%であり、当該第1層の高さは10mmから100mmまでの範囲内、有利には40mmから60mmまでの範囲内である。   Particularly preferably, a first layer made of a high porosity foamed ceramic is provided in a region directly in contact with the lattice platform, and a second layer made of a plurality of monoliths having a thickness of 50 mm can be provided thereon. . The cross section of this second layer passage is larger than the passage cross section of other monoliths with greater distance from the grid base. In particular, the volume of the free gap of the first layer is about 70% and the height of the first layer is in the range from 10 mm to 100 mm, preferably in the range from 40 mm to 60 mm.

反応器の内壁全体に、すなわち当該反応器の全長にわたって完全に、絶縁層が設けられている。   An insulating layer is provided on the entire inner wall of the reactor, that is, completely over the entire length of the reactor.

触媒活性区域の領域では、前記内壁の絶縁層は耐圧性であり、かつ可能な限り気密でなければならない。有利にはこの絶縁層は、触媒活性区域の領域において2層構造で構成されており、反応器の内壁に接している耐圧性の第1層と、反応器の内側スペースの方を向いた、膨張マットから成る第2層とを有する。   In the region of the catalytic active zone, the insulating layer on the inner wall must be pressure resistant and as tight as possible. This insulating layer is preferably constructed in a two-layer structure in the region of the catalytically active zone, facing the pressure-resistant first layer in contact with the inner wall of the reactor and the inner space of the reactor, And a second layer made of an expansion mat.

有利には、反応器の内壁に設けられた前記耐圧層の間に更に、当該耐圧層より格段に薄い、膨張マットから成る他の層を設けることにより、当該耐圧層と反応器の内壁との接触が可能な限り良好になるのを保証する。   Advantageously, another layer made of an expansion mat, which is much thinner than the pressure-resistant layer, is provided between the pressure-resistant layers provided on the inner wall of the reactor, so that the pressure-resistant layer and the inner wall of the reactor are Ensure that contact is as good as possible.

反応器内壁の他の領域、すなわち分配器の領域と混合区域の領域とにおいては、前記絶縁層は有利には単層構造であり、反応ガス混合気が当該絶縁層内に侵入するのを防止するための金属被覆板を、耐高温性の繊維マットの、反応器の内側スペースの方を向いている側に設けたものから構成されている。前記耐高温性の繊維マットは、とりわけ多結晶のムライト繊維等である。   In other areas of the reactor inner wall, i.e. in the area of the distributor and in the area of the mixing zone, the insulating layer is preferably single-layered and prevents the reaction gas mixture from entering the insulating layer. The metal-coated plate is made of a high-temperature-resistant fiber mat provided on the side facing the inner space of the reactor. The high temperature resistant fiber mat is, in particular, polycrystalline mullite fiber.

脱水素化処理対象の炭化水素含有ガス流は、反応器の下端部から当該反応器内に導入され、下方から上方に向かって当該反応器内を流れていく。   The hydrocarbon-containing gas stream to be dehydrogenated is introduced into the reactor from the lower end of the reactor and flows through the reactor from below to above.

有利には、脱水素化処理対象の炭化水素含有ガス流を事前加熱する。この事前加熱は有利には、反応器において最上位の触媒活性区域の上方に配置されているかまたは当該反応器の外部に配置された熱交換器において行われる。その際には、脱水素化処理対象の炭化水素含有ガス流は供給路を介して熱交換器に導入され、当該熱交換器内において、逆流方向の反応ガス混合気により、間接的な熱交換によって加熱され、その次に、反応器の、当該熱交換器とは反対側の下端部へ導かれてここで方向転換され、ポートを介して当該反応器内へ導入され、混合区域内において酸素含有ガス流と混合され、これにより、反応器内の触媒活性区域において自熱気相脱水素反応が生じる。   Advantageously, the hydrocarbon-containing gas stream to be dehydrogenated is preheated. This preheating is advantageously carried out in a heat exchanger which is arranged above the uppermost catalytically active zone in the reactor or arranged outside the reactor. In that case, the hydrocarbon-containing gas stream to be dehydrogenated is introduced into the heat exchanger via the supply path, and indirect heat exchange is performed in the heat exchanger by the reaction gas mixture in the reverse flow direction. And then led to the lower end of the reactor opposite to the heat exchanger where it is redirected and introduced into the reactor via a port and in the mixing zone oxygen Mixed with the containing gas stream, which results in an autothermal gas phase dehydrogenation reaction in the catalytically active zone within the reactor.

前記反応器に組み込まれる熱交換器は、とりわけ、逆流運転方式のプレート型熱交換器または管群型熱交換器とすることができる。   The heat exchanger incorporated in the reactor can be, inter alia, a plate-type heat exchanger or a tube group-type heat exchanger with a reverse flow operation system.

管群型熱交換器は有利には、耐熱性が高い特殊鋼製、特に、材料番号が1.4541または1.4910である特殊鋼製である。管群型熱交換器の各管の両端は、管板で、有利にはギャップ無しで、背面板溶接によって挿入され、管群型熱交換器の管板の高温側に、耐熱性の特殊鋼を用いて、特に材料番号が1.4841の特殊鋼を用いてプレーティングが施される。特に有利なのは、遊動頭管板型の熱交換器である。   The tube group heat exchanger is preferably made of special steel with high heat resistance, in particular made of special steel with material number 1.4541 or 1.4910. Both ends of each tube of the tube group heat exchanger are tube plates, preferably without gaps, inserted by back plate welding, and on the high temperature side of the tube plate of the tube group heat exchanger, a heat-resistant special steel In particular, plating is performed using a special steel having a material number of 1.4841. Particularly advantageous is a floating head tube plate type heat exchanger.

有利には、脱水素化処理対象の炭化水素含有ガス流を、2つ以上の場所において熱交換器内に導入することができ、有利には、質量流量がより多い主流と、当該主流より質量流量が少ない1つまたは複数の副流として導入することができる。   Advantageously, the hydrocarbon-containing gas stream to be dehydrogenated can be introduced into the heat exchanger at two or more locations, advantageously with a higher mass flow and a higher mass flow than the main stream. It can be introduced as one or more side streams with a low flow rate.

反応器を始動するために有利なのは、熱交換器をバイパス接続できるようにすることである。   An advantage for starting the reactor is that it allows the heat exchanger to be bypassed.

以下、反応システムの始動について、すなわち、反応システムを自熱ガス水脱水素化の反応温度まで加熱することについて説明する。   Hereinafter, the starting of the reaction system, that is, heating the reaction system to the reaction temperature of the autothermal gas water dehydrogenation will be described.

最初は当該反応システムは、すなわち反応器、熱交換器および接続路は周辺温度であり、この反応システムを自熱ガス水脱水素化の動作温度にしなければならず、ブタン脱水素化処理の場合には約550℃にしなければならない。   Initially the reaction system, i.e. the reactor, heat exchanger and connections are at ambient temperature, this reaction system must be at the operating temperature of autothermal gas water dehydrogenation, butane butane dehydrogenation process The temperature must be about 550 ° C.

ステップ1:反応器を約200℃まで加熱する。   Step 1: Heat the reactor to about 200 ° C.

前記反応システムは加熱ガスを用いて加熱される。この加熱ガスは、たとえばリサイクルガスまたは窒素とすることができ、フィードラインを介して約230℃で供給される。その際には、熱交換器は周面において短絡(バイパス接続)される。すなわち、加熱ガスは反応器内に直接流入して当該反応器を約200℃まで加熱し、その後、熱交換器の管内のみを通ってこれも加熱し、その後に反応システムから流出していく。熱交換器の管を包囲する外殻スペース内には、加熱ガスは流れない。   The reaction system is heated using a heated gas. This heated gas can be, for example, recycle gas or nitrogen and is supplied at about 230 ° C. via a feed line. At that time, the heat exchanger is short-circuited (bypass connection) on the peripheral surface. That is, the heated gas flows directly into the reactor to heat the reactor to about 200 ° C., then heats it only through the heat exchanger tubes and then flows out of the reaction system. No heated gas flows in the outer shell space surrounding the heat exchanger tubes.

ステップ2:外殻スペースを洗浄することにより、当該外殻スペースを十分に酸素不含とする。   Step 2: The outer shell space is sufficiently oxygen-free by washing the outer shell space.

熱交換器の管側の出口に温度測定装置が設けられている。この温度測定装置が約200℃の温度を示すと直ちに、熱交換器のバイパス接続が中止され、加熱ガスを熱交換器内において、周面側にて逆流方向で流す。このようにして外殻スペースを洗浄する。   A temperature measuring device is provided at the tube-side outlet of the heat exchanger. As soon as this temperature measuring device shows a temperature of about 200 ° C., the bypass connection of the heat exchanger is stopped, and the heated gas is caused to flow in the reverse direction on the peripheral surface side in the heat exchanger. In this way, the outer shell space is cleaned.

ステップ3:燃焼ガスを用いて反応器内にて燃焼させて、反応システムを更に加熱する。
反応器供給路には1つまたは複数の燃焼ガス供給路が設けられており、これに、対応する混合機構が後置接続されている。燃焼ガスとして特に適しているのは、水素、希ガス、または、脱水素化処理対象の炭化水素である。特に有利なのは水素である。水素は、貴金属含有触媒コーティングにおいて、約200℃に達した時点で既に着火し、とりわけ約550℃である所要動作温度まで反応器を加熱する。こうするためには、酸素含有流、リーンエア、または特に有利には、空気を供給ガスとして供給することができる。燃焼ガスのノズル噴射部から貴金属含有触媒までの距離は、可能な限り短くしなければならない。とりわけ、反応システム内のガス組成が爆発域外になるように、特に、実際の動作条件下でデトネーション域外となるように、使用される燃焼ガスの濃度を制限しなければならない。有利には、最低燃焼ガス濃度も設定され、しかも、反応器の入口における燃焼により実現される温度上昇が、回生熱交換器内の低温の供給ガスの温度を上昇させるのに十分となるように当該最低燃焼ガス濃度を設定しなければならない。水素を燃焼ガスとして使用する場合、水素濃度を約1.4体積%とするのが特に有利である。
Step 3: The reaction system is further heated by burning in the reactor using the combustion gas.
The reactor supply path is provided with one or a plurality of combustion gas supply paths, to which a corresponding mixing mechanism is connected downstream. Particularly suitable as the combustion gas is hydrogen, a rare gas, or a hydrocarbon to be dehydrogenated. Particularly advantageous is hydrogen. The hydrogen already ignites in the noble metal-containing catalyst coating when it reaches about 200 ° C. and heats the reactor to the required operating temperature, in particular about 550 ° C. For this purpose, an oxygen-containing stream, lean air, or particularly advantageously air can be supplied as the supply gas. The distance from the combustion gas nozzle injection part to the noble metal-containing catalyst must be as short as possible. In particular, the concentration of the combustion gas used must be limited so that the gas composition in the reaction system is outside the explosion zone, in particular so that it is outside the detonation zone under actual operating conditions. Advantageously, a minimum combustion gas concentration is also set so that the temperature rise realized by combustion at the reactor inlet is sufficient to raise the temperature of the cold feed gas in the regenerative heat exchanger. The minimum combustion gas concentration must be set. When hydrogen is used as the combustion gas, it is particularly advantageous for the hydrogen concentration to be about 1.4% by volume.

有利には、前記熱交換器の他に更に、脱水素化処理対象の炭化水素含有ガス流を加熱するための1つまたは複数の追加加熱部を設ける。   Advantageously, in addition to the heat exchanger, one or more additional heating sections are provided for heating the hydrocarbon-containing gas stream to be dehydrogenated.

特に有利なのは、前記追加加熱部として電気ヒータを設けることである。この電気ヒータはとりわけ取り外し可能に、差込方式ヒータまたはマッフルバーナーとして、熱交換器から出た後の脱水素化処理対象の炭化水素含有ガス流内に設けられる。   It is particularly advantageous to provide an electric heater as the additional heating part. This electric heater is, inter alia, removably provided as a plug-in heater or a muffle burner in the hydrocarbon-containing gas stream to be dehydrogenated after leaving the heat exchanger.

炭化水素含有ガス流は、下方からポートを介して反応器内に流入し、各触媒活性区域より上流において、固定の内容物を有する各混合区域においてそれぞれ整流され、これにより、当該混合区域より下流では、反応器断面全体において平均値との偏差は最大でも±2%となる。   The hydrocarbon-containing gas stream flows into the reactor through the port from below and is rectified in each mixing zone with fixed contents upstream from each catalytic activity zone, thereby downstream from the mixing zone. Then, the deviation from the average value is ± 2% at the maximum in the entire cross section of the reactor.

酸素含有ガス流は、相互に依存せずに調整可能な1つまたは複数の供給路を介して各混合区域内に供給され、これら各供給路はそれぞれ、1つまたは複数の分配器に供給する。   The oxygen-containing gas stream is fed into each mixing zone via one or more feed channels that can be adjusted independently of each other, each feed channel feeding one or more distributors. .

前記分配器はとりわけ、環型分配器またはパラレルロッドディストリビュータとすることができる。   Said distributor can in particular be an annular distributor or a parallel rod distributor.

酸素含有ガス流が炭化水素含有ガス流に入り込んだ後の滞留時間は非常に短くなければならず、特に60ms未満でなければならないので、混合の程度を向上させるために有利なのは、たとえばミキシングプレート、細長または環状の金属ストリップ等の追加装置である。   Since the residence time after the oxygen-containing gas stream has entered the hydrocarbon-containing gas stream must be very short, in particular less than 60 ms, it is advantageous to improve the degree of mixing, for example mixing plates, Additional devices such as elongated or annular metal strips.

前記酸素含有ガス流のための供給路は有利には熱補償され、保持片によって反応器壁に固定される。   The supply path for the oxygen-containing gas stream is preferably thermally compensated and secured to the reactor wall by a holding piece.

有利には、各混合区域がそれぞれ管型分配器を有し、各管型分配器は、反応器の長手方向に対して垂直な平面にて相互に平行に配置された多数の差込パイプと、相互に等間隔に配置された多数の混合部材とから成り、当該多数の差込パイプは、1つまたは複数の分配室に連通されており、かつ、相互に等間隔に配置された、差込パイプから酸素含有ガス流を流出させるための多数の出口を有する。   Advantageously, each mixing zone has its own pipe distributor, each pipe distributor having a number of plug pipes arranged parallel to each other in a plane perpendicular to the longitudinal direction of the reactor. A plurality of mixing members equally spaced from each other, the multiple insertion pipes being in communication with one or more distribution chambers, and being spaced from each other at equal intervals It has a number of outlets for letting the oxygen-containing gas stream out of the inlet pipe.

特に有利なのは、前記混合部材は混合板として形成されていることである。   It is particularly advantageous that the mixing member is formed as a mixing plate.

本発明では、作業員が反応器内部スペース内に立ち入るために通れるように寸法調整されたマンホールすなわち立入ポートが設けられており、このマンホールは、反応器外部から前記複数の各触媒活性区域にアクセスできるようにするためのものである。このことにより、反応器が直立型の構成であることと相俟って、装置の一部を取り外す必要なく、装置外部から各触媒活性区域に個別にアクセスすることができる。マンホールを介して簡単に立ち入ることができることにより、各触媒活性パッケージと、これに対応する各格子台とを、個別に取り外したり組み付けたりすることが可能になる。   In the present invention, a manhole or access port is provided that is sized to allow an operator to enter the interior space of the reactor, and this manhole is accessible from outside the reactor to each of the plurality of catalytic activity zones. It is for making it possible. This, combined with the upright configuration of the reactor, allows individual access to each catalytic activity zone from outside the device without having to remove a portion of the device. By being able to enter easily through a manhole, it becomes possible to remove and assemble each catalytic activity package and each grid stand corresponding to this individually.

特に時間削減になる簡単な触媒交換を保証できる、モノリスとして構成された不均一系触媒において反応ガス混合気を受け取って酸素含有ガス流を用いて炭化水素含有ガス流の自熱気相脱水素化を行うための、長手軸が縦方向になっている円筒形の反応器の実施形態は、以下の構成となっている:
・前記反応器の内部スペースに1つまたは複数の触媒活性区域が設けられており、各触媒活性区域はそれぞれ、横方向および/または縦方向に重ねられた複数のモノリスから成るパッケージを有し、各触媒活性区域より上流にはそれぞれ、固定の内容物を有する混合区域が設けられており、
・前記反応器の下端部に、脱水素化処理対象の炭化水素含有ガス流のための1つまたは複数の供給路が設けられており、
・酸素含有ガス流を前記各混合区域へ供給するための、相互に依存せずに調整可能な1つまたは複数の供給路であって、各供給路がそれぞれ1つまたは複数の分配器へ供給する1つまたは複数の供給路が設けられており、
・前記反応器の上端部に、前記自熱気相脱水素化の反応ガス混合気のための1つまたは複数の出口路が設けられており、
前記反応器の内壁には全体に絶縁層が設けられており、1つまたは複数の各触媒活性区域へアクセスするためのマンホールは設けられていないが、横方向および/または縦方向に重ねられた複数のモノリスから成るパッケージをそれぞれ含む当該1つまたは複数の各触媒活性区域は、各触媒活性区域より上流に設けられた、固定の内容物を有する混合区域と、相互に依存せずに調整可能である前記1つまたは複数の供給路と、前記1つまたは複数の分配器と共にそれぞれ、個別に着脱可能な部品を成すことにより、前記1つまたは複数の各触媒活性区域へアクセスできることが保証されている。
In particular, autocatalytic gas phase dehydrogenation of a hydrocarbon-containing gas stream using an oxygen-containing gas stream by receiving a reaction gas mixture in a heterogeneous catalyst configured as a monolith that can guarantee simple catalyst replacement that saves time. An embodiment of a cylindrical reactor for which the longitudinal axis is longitudinal is to be configured as follows:
One or more catalytically active zones are provided in the internal space of the reactor, each catalytically active zone having a package consisting of a plurality of monoliths stacked laterally and / or longitudinally, A mixing zone with fixed contents is provided upstream of each catalytic activity zone,
One or more supply paths for the hydrocarbon-containing gas stream to be dehydrogenated are provided at the lower end of the reactor,
One or more independently adjustable supply paths for supplying an oxygen-containing gas stream to the respective mixing zones, each supply path supplying one or more distributors, respectively. One or more supply channels are provided,
One or more outlet channels for the reaction gas mixture of the autothermal gas phase dehydrogenation are provided at the upper end of the reactor,
The inner wall of the reactor is entirely provided with an insulating layer and is not provided with a manhole for accessing each of the one or more catalytically active areas, but is stacked in the horizontal and / or vertical direction. Each of the one or more catalytically active areas, each containing a package consisting of a plurality of monoliths, can be adjusted independently of the mixing area with fixed contents provided upstream of each catalytically active area The one or more supply paths and the one or more distributors, respectively, together with the individually removable parts, ensure that each of the one or more catalytic activity zones can be accessed. ing.

前記実施形態では、たとえば、触媒の不活性化によって前記個別の部品の取り外しが必要になった場合に直ちに、前記個別の部品をそれぞれ、十分に完全に、とりわけ対応するフランジを緩めることにより、個別に取り外すことができる。その際に更に必要な作業は、必要な管継手および測定装置および調整装置を取り外すことだけである。これに応じて、触媒を構成するモノリスまたは触媒を含むモノリスを交換した後、前記個別の部品を再度取り付けることも簡単になる。   In the embodiment, for example, when the individual parts need to be removed due to catalyst deactivation, the individual parts are individually and completely fully separated, in particular by loosening the corresponding flanges individually. Can be removed. The only further work required is to remove the necessary fittings and measuring and adjusting devices. Accordingly, after replacing the monolith constituting the catalyst or the monolith containing the catalyst, the individual parts can be easily reinstalled.

上記実施形態では準備時間を、マンホールを介して取付が行われる同種の反応器の1/10にまで短縮することができる。   In the said embodiment, preparation time can be shortened to 1/10 of the reactor of the same kind with which attachment is performed via a manhole.

その上、マンホールが省略されることにより、連続したモノリスパッケージ間の、触媒が無いスペースを、格段に縮小することができるので、同じ容量でより小さいサイズの反応器を構成することができ、さらに、触媒が無いスペースの容積が縮小されることにより、当該スペースにおける反応ガス混合気の滞留時間も短縮する。このような利点が奏されるのは、制御不能な副反応が生じなくなるか、または副反応が生じる規模が格段に小さくなるからである。   In addition, by omitting the manhole, the space without catalyst between successive monolith packages can be significantly reduced, so a smaller reactor with the same capacity can be constructed, and By reducing the volume of the space where there is no catalyst, the residence time of the reaction gas mixture in the space is also shortened. Such an advantage is achieved because an uncontrollable side reaction does not occur or the scale at which the side reaction occurs is significantly reduced.

本発明はさらに、上記反応器を用いて自熱気相脱水素化を行う方法も対象とする。   The present invention is further directed to a method for performing autothermal vapor phase dehydrogenation using the reactor.

有利には2つ以上の反応器を使用し、少なくとも1つの反応器を自熱気相脱水素化に使用するときには、同時に少なくとも1つの他の反応器の再生を行う。   Preferably, two or more reactors are used, and when at least one reactor is used for autothermal gas phase dehydrogenation, at least one other reactor is regenerated at the same time.

有利には、前記自熱気相脱水素化は、プロパン、ブタン、イソブタン、ブテンを脱水素反応させてブタジエンを生成すること、または、エチルベンゼンを脱水素反応させてスチレンを生成すること、または、エタンを脱水素反応させてエチレンを生成することである。   Advantageously, the autothermal gas phase dehydrogenation may comprise dehydrogenating propane, butane, isobutane and butene to produce butadiene, or dehydrogenating ethylbenzene to produce styrene, or ethane. Is dehydrogenated to produce ethylene.

反応器壁は円筒形であるから、本発明の反応器は技術的に簡単に実現することができ、また、当該円筒形の反応器壁の両端に円状板を使用することができ、これは簡単かつ低コストである。このことにより、反応器を経済的に、圧力サージ耐性に構成することができる。   Since the reactor wall is cylindrical, the reactor of the present invention can be technically easily realized, and circular plates can be used at both ends of the cylindrical reactor wall. Is simple and low cost. This allows the reactor to be configured economically to withstand pressure surges.

反応器外殻部の内壁全体に絶縁層が設けられていることにより、当該反応器外殻部を製造するのに用いる材料に課される要求を緩和することができ、これにより、材料にかかるコストを抑えることができる。   By providing an insulating layer on the entire inner wall of the reactor shell, the demands placed on the material used to manufacture the reactor shell can be relaxed, thereby affecting the material. Cost can be reduced.

以下、図面を参照して本発明を説明する。   The present invention will be described below with reference to the drawings.

本発明の有利な実施形態の反応器の概略図である。1 is a schematic diagram of a reactor of an advantageous embodiment of the present invention. 本発明の他の1つの有利な実施形態の、熱交換器を組み込んだ反応器を示す図であり、図2Aは細部図である。FIG. 2A shows a reactor incorporating a heat exchanger according to another advantageous embodiment of the invention, and FIG. 2A is a detail view. 本発明の他の1つの有利な実施形態の、熱交換器の周面のバイパス路を用いて加熱するための装置を備えた反応器を示す図である。FIG. 4 shows a reactor with an apparatus for heating using a bypass path on the peripheral surface of the heat exchanger according to another advantageous embodiment of the invention. 本発明の他の1つの実施形態の、反応器の外側に縦方向に配置された熱交換器を備えた反応器を示す図である。FIG. 3 shows a reactor with a heat exchanger arranged longitudinally outside the reactor according to another embodiment of the invention. 本発明の他の1つの実施形態の、反応器の外側に横方向に配置された熱交換器を備えた反応器を示す図である。FIG. 4 shows a reactor with a heat exchanger arranged laterally outside the reactor according to another embodiment of the invention. 本発明の1つの有利な実施形態の反応器の一部を示す図である。FIG. 2 shows a portion of a reactor of one advantageous embodiment of the invention. フランジによって互いに結合された、下方から上方に向かって反応混合物を流す複数の個別の部品を備えている、本発明の一実施形態の反応器の概略図であり、図7Aおよび7Bは細部図である。7A and 7B are schematic views of a reactor according to an embodiment of the present invention comprising a plurality of individual parts that are connected to each other by a flange and flow the reaction mixture from below to above, and FIGS. is there. 図7と同様の実施形態の反応器であるが、上方から下方に向かって反応混合物を流す、本発明の一実施形態の反応器の概略図である。FIG. 8 is a schematic view of a reactor according to an embodiment of the present invention, which is a reactor similar to that of FIG. 7, but in which a reaction mixture is allowed to flow from the top to the bottom. 熱交換器を反応器の外側において縦方向に配置した、図7と同様の実施形態の本発明の一実施形態の反応器の概略図である。FIG. 8 is a schematic view of a reactor according to an embodiment of the present invention in the same embodiment as in FIG. 7, in which heat exchangers are arranged vertically in the outside of the reactor.

図面中、同一の符号は同一または対応する構成を示している。   In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding components.

図1の概略図は反応器1を示しており、当該反応器1の下端部において、炭化水素含有ガス流2が供給路7を介して当該反応器1に供給される。酸素を含有するガス流3が供給路9を介して各混合区域6内へ導入される。これらの各混合区域6にはそれぞれ触媒活性区域5が接続されており、各触媒活性区域5は、横方向と縦方向とに重ねられた複数のモノリス4から成る。反応ガス混合気は、反応器の上端部においてポート11を介して反応器から流出していく。   The schematic diagram of FIG. 1 shows a reactor 1, and a hydrocarbon-containing gas stream 2 is supplied to the reactor 1 via a supply path 7 at the lower end of the reactor 1. A gas stream 3 containing oxygen is introduced into each mixing zone 6 via a supply channel 9. A catalytically active area 5 is connected to each of the mixing areas 6, and each catalytically active area 5 is composed of a plurality of monoliths 4 stacked in the horizontal direction and the vertical direction. The reaction gas mixture flows out of the reactor through the port 11 at the upper end of the reactor.

図2に示した実施形態が図1の実施形態と相違する点は、反応器1の上端部に熱交換器が組み込まれていることである。   The embodiment shown in FIG. 2 is different from the embodiment shown in FIG. 1 in that a heat exchanger is incorporated in the upper end portion of the reactor 1.

図2Aの細部図に、1つの触媒活性区域5の技術的な各要素を、酸素含有ガス流3の供給路9およびマンホール12と共に示す。このマンホール12は、当該触媒活性区域5のパッケージのモノリスに確実にアクセスできるようにするためのものである。   In the detail view of FIG. 2A, the technical elements of one catalytically active zone 5 are shown, together with the supply path 9 and the manhole 12 for the oxygen-containing gas stream 3. The manhole 12 is used to ensure access to the monolith of the package in the catalytic active area 5.

図3に示した実施形態は更に、熱交換器17の周面のバイパス路を用いて、反応システムを動作温度にまで加熱するための装置も含む。   The embodiment shown in FIG. 3 further includes an apparatus for heating the reaction system to the operating temperature using a bypass path on the circumferential surface of the heat exchanger 17.

加熱ガス20は、まず最初に下方から反応器1内部を通って上方に向かって流れ、その後、熱交換器17の管内に流れる。反応器の上端部から流出するガス流の温度が約200℃に達すると直ちに、熱交換器17の周面バイパスが中止され、加熱ガスは熱交換器のケーシングスペース内にも流れる。反応器1への加熱ガスの供給管内には、更に熱交換器21が追加されて設けられている。反応システムを更に加熱するためには、混合装置23を介して燃焼ガス22を反応器1の下端部にて導入させる。   The heated gas 20 first flows upward from the bottom through the inside of the reactor 1, and then flows into the pipe of the heat exchanger 17. As soon as the temperature of the gas stream flowing out from the upper end of the reactor reaches about 200 ° C., the bypass of the heat exchanger 17 is stopped and the heated gas also flows into the casing space of the heat exchanger. A heat exchanger 21 is additionally provided in the heating gas supply pipe to the reactor 1. In order to further heat the reaction system, the combustion gas 22 is introduced at the lower end of the reactor 1 via the mixing device 23.

図4は、本発明の他の1つの実施形態の、反応器1の外側に側方にて縦方向に配置された熱交換器17を備えた反応器1を示す図である。   FIG. 4 is a view showing a reactor 1 including a heat exchanger 17 arranged in a vertical direction laterally outside the reactor 1 according to another embodiment of the present invention.

図5は、本発明の他の1つの実施形態の、反応器1の外側に側方にて横方向に配置された熱交換器17を備えた反応器を示す図である。   FIG. 5 is a view showing a reactor provided with a heat exchanger 17 disposed laterally laterally outside the reactor 1 according to another embodiment of the present invention.

図6の抜粋図には、反応器内壁に絶縁層が設けられている構成が示されている。この絶縁層は触媒活性区域5の領域において2層構造で設けられており、そのうちの1層は、反応器内壁に接している耐圧性材料から成る第1の層13であり、もう1層は、反応器の内側スペースの方を向いた第2の層であり、膨張マットから成る。   The excerpt of FIG. 6 shows a configuration in which an insulating layer is provided on the inner wall of the reactor. This insulating layer is provided in a two-layer structure in the region of the catalytically active area 5, one of which is a first layer 13 made of a pressure-resistant material in contact with the inner wall of the reactor, and the other layer is A second layer facing the inner space of the reactor, consisting of an expansion mat.

その他の領域には、単層構造の絶縁層15が設けられている。この1層の絶縁層15は繊維マットから成り、反応器の内側スペースの方を向いた側に金属被覆板を備えている。   In other regions, an insulating layer 15 having a single layer structure is provided. This one insulating layer 15 is made of a fiber mat and is provided with a metal-coated plate on the side facing the inner space of the reactor.

本抜粋図には、酸素含有ガス流3が分配器10を介して供給されるのが示されており、この分配器10は、多数の差込パイプ19を反応器の長手方向に配置したものから成る。   This excerpt shows that the oxygen-containing gas stream 3 is supplied via a distributor 10, which has a number of plug pipes 19 arranged in the longitudinal direction of the reactor. Consists of.

同図にはさらに、格子台16も示している。   In addition, the lattice base 16 is also shown in FIG.

図7に示した本発明の一実施形態の反応器は、一例として3つの個別に着脱可能な部品24を有する構成となっており、また、図7Aは中間の部品24の細部を示す図であり、図7Bは下方の部品24の細部を示す図である。   The reactor of one embodiment of the present invention shown in FIG. 7 has a configuration having three individually removable parts 24 as an example, and FIG. 7A is a diagram showing details of the intermediate part 24. FIG. 7B shows details of the lower part 24.

図8に示した反応器1は図7の反応器1と同様の構成であるが、反応混合物の流れ方向が逆であり、これに応じて、酸素含有ガス流3の供給路9の配置も変更している。   The reactor 1 shown in FIG. 8 has the same configuration as that of the reactor 1 of FIG. 7, but the flow direction of the reaction mixture is reversed, and accordingly, the arrangement of the supply path 9 of the oxygen-containing gas stream 3 is also changed. It has changed.

図7および8に示した両反応器1は、個別に着脱可能な複数の部品24から構成されている。   Both reactors 1 shown in FIGS. 7 and 8 are composed of a plurality of parts 24 that can be individually attached and detached.

図9に示された反応器1は、図3に示した反応器1に相当するが、モノリスにアクセスするためのマンホールは設けられておらず、フランジ25を用いて各個別部品24が取り外し可能に互いに結合されている。   The reactor 1 shown in FIG. 9 corresponds to the reactor 1 shown in FIG. 3, but is not provided with a manhole for accessing the monolith, and each individual component 24 can be removed using the flange 25. Are connected to each other.

1 反応器
2 炭化水素含有ガス流
3 酸素含有ガス流
4 (1つまたは複数の)モノリス
5 触媒活性区域
6 混合区域
7 ガス流2の供給路
8 外側絶縁部
9 ガス流3の供給路
10 分配器
11 出口路
12 マンホール
13 形状安定性絶縁部
14 封止部
15 保護絶縁部
16 格子台
17 熱交換器
18 ポート
19 差込パイプ
20 加熱ガス
21 追加の熱交換器
22 燃焼ガス
23 混合装置
24 部品
25 フランジ
1 Reactor 2 Hydrocarbon-containing gas stream 3 Oxygen-containing gas stream 4 Monolith (s) 5 Catalytic activity zone 6 Mixing zone 7 Gas stream 2 feed path 8 Outer insulation 9 Gas stream 3 feed path 10 Distribution 11 Exit channel 12 Manhole 13 Shape stability insulating part 14 Sealing part 15 Protective insulating part 16 Grid base 17 Heat exchanger 18 Port 19 Plug pipe 20 Heating gas 21 Additional heat exchanger 22 Combustion gas 23 Mixing device 24 Parts 25 Flange

Claims (20)

モノリス(4)として構成された不均一系触媒を介して反応ガス混合気を得るために、酸素含有ガス流(3)を用いて炭化水素含有ガス流(2)の自熱気相脱水素化を行うための、長手方向が縦方向である円筒形の反応器(1)であって、
・前記反応器(1)の内部スペースに1つまたは複数の触媒活性区域(5)が設けられており、各触媒活性区域(5)はそれぞれ、横方向および/または縦方向に重ねられた複数のモノリス(4)から成るパッケージを有し、各触媒活性区域(5)より上流にはそれぞれ、固定の内容物を有する混合区域(6)が設けられており、
・前記反応器(1)の下端部に、脱水素化処理対象の前記炭化水素含有ガス流(2)のための1つまたは複数の供給路(7)が設けられており、
・前記酸素含有ガス流(3)を前記各混合区域(6)へ供給するための、相互に依存せずに調整可能な1つまたは複数の供給路(9)であって、各供給路(9)がそれぞれ1つまたは複数の分配器(10)へ供給する1つまたは複数の供給路(9)が設けられており、
・前記反応器(1)の上端部に、前記自熱気相脱水素化の前記反応ガス混合気のための1つまたは複数の出口路(11)が設けられており、
前記反応器(1)の内壁には全体に絶縁層(13,14,15)が設けられており
A)それぞれ1つまたは複数のマンホール(12)を介して前記反応器の外部から前記1つまたは複数の各触媒活性区域(5)にアクセスできることが保証されているか、
または、
B)前記1つまたは複数の各触媒活性区域(5)が、各触媒活性区域(5)より上流に設けられた、固定の内容物を有する前記混合区域(6)と、相互に依存せずに調整可能である前記1つまたは複数の供給路(9)と、それぞれ1つの供給路(9)により供給される前記1つまたは複数の分配器(10)と一緒に、個別に着脱可能である部品(24)構成している、
ことを特徴とする反応器(1)。
In order to obtain a reaction gas mixture via a heterogeneous catalyst configured as a monolith (4) , autothermal gas phase dehydrogenation of the hydrocarbon-containing gas stream (2) using the oxygen-containing gas stream (3) is performed. A cylindrical reactor (1) for carrying out, the longitudinal direction of which is the longitudinal direction,
One or a plurality of catalytically active zones (5) are provided in the internal space of the reactor (1), each of the catalytically active zones (5) being respectively superposed in the horizontal and / or vertical direction And a mixing zone (6) having a fixed content, respectively, upstream from each catalytic activity zone (5),
- the the lower end of the reactor (1), and one or more of the supply paths for the dehydrogenation process the hydrocarbon-containing gas stream of the subject (2) (7) is provided,
One or more feed paths (9) adjustable independently of each other for feeding the oxygen-containing gas stream (3) to the mixing zones (6), each feed path ( 9) supplied by each of the one or more distributors to (10), and one or more supply channel (9) is provided,
- the the upper part of the reactor (1), wherein is one for the reaction gas mixture of the own thermal vapor dehydrogenation or more outlet passages (11) is provided,
An insulating layer (13, 14, 15) is provided on the entire inner wall of the reactor (1) ,
Or having access to A) their respective one or the external of the reactor plurality of through manhole (12) one or more of the catalytically active zone (5) is guaranteed,
Or
B) wherein one or more of the catalytically active zone (5), from each catalytic active area (5) provided upstream, the mixing zone having a fixed content and (6), mutually independent it is adjustable without the one or more supply passages (9), together with their respective one supply channel (9) wherein one or more distributors are supplied by (10), the individual constitute a component (24) is removable, the
A reactor (1) characterized in that.
前記部品(24)は、フランジ(25)を用いて個別に着脱可能である、
請求項1記載の反応器(1)。
The parts (24) are individually removable using flanges (25).
Reactor (1) according to claim 1.
・前記反応器(1)の内部スペースに1つまたは複数の触媒活性区域(5)が設けられており、各触媒活性区域(5)はそれぞれ、横方向および/または縦方向に重ねられた複数のモノリス(4)から成るパッケージを有し、各触媒活性区域(5)より上流にはそれぞれ、固定の内容物を有する混合区域(6)が設けられており、
・前記反応器(1)の下端部に、脱水素化処理対象の前記炭化水素含有ガス流(2)のための1つまたは複数の供給路(7)が設けられており、
・前記酸素含有ガス流(3)を前記各混合区域(6)へ供給するための、相互に依存せずに調整可能な1つまたは複数の供給路(9)であって、各供給路(9)がそれぞれ1つまたは複数の分配器(10)へ供給する1つまたは複数の供給路(9)が設けられており、
・前記反応器(1)の上端部に、前記自熱気相脱水素化の前記反応ガス混合気のための1つまたは複数の出口路(11)が設けられており、
前記1つまたは複数の各触媒活性区域(5)には、それぞれ1つまたは複数のマンホール(12)を介して前記反応器(1)外部からアクセス可能であり、前記反応器(1)の内壁には全体に絶縁層(13,14,15)が設けられている、
請求項1記載の反応器(1)。
One or a plurality of catalytically active zones (5) are provided in the internal space of the reactor (1), each of the catalytically active zones (5) being respectively superposed in the horizontal and / or vertical direction And a mixing zone (6) having a fixed content, respectively, upstream from each catalytic activity zone (5),
- the the lower end of the reactor (1), and one or more of the supply paths for the dehydrogenation process the hydrocarbon-containing gas stream of the subject (2) (7) is provided,
One or more feed paths (9) adjustable independently of each other for feeding the oxygen-containing gas stream (3) to the mixing zones (6), each feed path ( 9) supplied by each of the one or more distributors to (10), and one or more supply channel (9) is provided,
- the the upper part of the reactor (1), wherein is one for the reaction gas mixture of the own thermal vapor dehydrogenation or more outlet passages (11) is provided,
Each of the one or more catalytic active areas (5) is accessible from the outside of the reactor (1) via one or more manholes (12), respectively, and the inner wall of the reactor (1) Are provided with insulating layers (13, 14, 15) on the whole,
Anti応器of claim 1, wherein (1).
前記絶縁層(13,14,15)は、前記触媒活性区域(5)の領域において2層構造で構成されており、前記反応器(1)の内壁に接している耐圧性の第1層(13)と、当該反応器(1)の内部スペースの方を向いた、膨張マットから成る第2層(14)とを有し、
前記絶縁層(13,14,15)は他の領域では単層構造であり、前記反応器の内部スペースの方を向いた側に金属被覆板を有する耐高温性の繊維マット(15)から成る、
請求項1から3までのいずれか1項記載の反応器(1)。
The insulating layer (13, 14, 15) has a two-layer structure in the region of the catalytic active zone (5), and is a pressure-resistant first layer (in contact with the inner wall of the reactor (1)). 13) and a second layer (14) consisting of an expansion mat facing the internal space of the reactor (1),
The insulating layer (13, 14, 15) is a single layer structure in other regions, and consists of a high temperature resistant fiber mat (15) having a metallized plate on the side facing the internal space of the reactor. ,
Reactor (1) according to any one of claims 1 to 3.
前記横方向と縦方向とに重ねられたモノリス(4)から成る前記パッケージは、格子台(16)上に載置されており、
前記格子台(16)に直接接する領域には、当該格子台(16)からの距離がより遠い他のモノリス(4)の通路の断面と比較して大きな断面の通路を有するモノリス(4)の1層または複数層が設けられている、
請求項1から4までのいずれか1項記載の反応器(1)。
The package consisting of the monolith (4) stacked in the horizontal and vertical directions is placed on a grid stand (16),
The area of the monolith (4) having a passage having a larger cross section compared to the cross section of the passage of another monolith (4) farther away from the lattice base (16) is located in the region directly in contact with the lattice base (16). One or more layers are provided,
Reactor (1) according to any one of the preceding claims.
格子台(16)に直接接している領域に、開放孔の発泡セラミックから成る層が設けられており、
前記発泡セラミックの通流可能な間隙容積は70%から90%である、
請求項1から5までのいずれか1項記載の反応器(1)。
In the area directly in contact with the lattice platform (16), a layer made of foam ceramic with open holes is provided,
The pore volume through which the ceramic foam can flow is 70% to 90%.
Reactor (1) according to any one of the preceding claims.
前記格子台(16)に直接接している領域には、高い気孔率の開放孔の発泡セラミックから成る第1層が設けられており、
前記第1層は、10mmから100mmまでの範囲内であり、
前記第1層の上方に、前記格子台(16)からの距離がより遠い他のモノリス(4)の通路の断面と比較して断面が大きい通路を有するモノリス(4)から成る第2層が設けられている、
請求項5または6記載の反応器(1)。
In the region in direct contact with the lattice platform (16), a first layer made of foam ceramic with open pores with high porosity is provided,
The first layer is in the range of 10 mm to 100 mm;
Above the first layer is a second layer of monolith (4) having a passage with a larger cross section compared to the cross section of the passage of the other monolith (4) that is further away from the grid (16). Provided,
Reactor (1) according to claim 5 or 6.
最上位の触媒活性区域(5)より上方に、または前記反応器(1)の外部に、熱交換器(17)が設けられており、
脱水素化処理対象の前記炭化水素含有ガス流(2)は供給路(7)を介して前記熱交換器(17)内に導入され、当該熱交換器(17)において、逆流方向の前記反応ガス混合気によって間接的熱交換により加熱され、更に、前記反応器(1)の下端部へ導かれて、当該下端部においてポート(18)を介して前記反応器(1)内に導入され、前記混合区域(6)において前記酸素含有ガス流(3)と混合されることにより、当該反応器(1)において前記自熱気相脱水素化が行われる、
請求項1から7までのいずれか1項記載の反応器(1)。
A heat exchanger (17) is provided above the uppermost catalytic activity zone (5) or outside the reactor (1),
The hydrocarbon-containing gas stream (2) to be dehydrogenated is introduced into the heat exchanger (17) via a supply path (7), and the reaction in the reverse flow direction is performed in the heat exchanger (17). Heated by indirect heat exchange with the gas mixture, further led to the lower end of the reactor (1) and introduced into the reactor (1) via the port (18) at the lower end, The autothermal vapor phase dehydrogenation takes place in the reactor (1) by mixing with the oxygen-containing gas stream (3) in the mixing zone (6).
Reactor (1) according to any one of the preceding claims.
前記熱交換器(17)は、フランジ(25)を用いて着脱可能である、
請求項8記載の反応器(1)。
The heat exchanger (17) is detachable using a flange (25).
Reactor (1) according to claim 8.
脱水素化処理対象の前記炭化水素含有ガス流(2)は、2つ以上の場所において熱交換器(17)内に導入される、
請求項1から9までのいずれか1項記載の反応器(1)。
The hydrocarbon-containing gas stream (2) to be dehydrogenated is introduced into the heat exchanger (17) at two or more locations;
Reactor (1) according to any one of the preceding claims.
脱水素化処理対象の前記炭化水素含有ガス流(2)は、質量流量が多い主流と、当該主流より質量流量が少ない1つまたは複数の副流として、前記熱交換器(17)内に導入される、
請求項10記載の反応器(1)。
The hydrocarbon-containing gas stream (2) to be dehydrogenated is introduced into the heat exchanger (17) as a main stream having a higher mass flow rate and one or more substreams having a lower mass flow rate than the main flow. To be
Reactor (1) according to claim 10.
前記熱交換器(17)の他に更に、前記脱水素化処理対象の炭化水素含有ガス流(2)を加熱するための1つまたは複数の追加加熱部が設けられている、
請求項8から11までのいずれか1項記載の反応器(1)。
In addition to the heat exchanger (17), one or more additional heating sections for heating the hydrocarbon-containing gas stream (2) to be dehydrogenated are provided.
Reactor (1) according to any one of claims 8 to 11.
前記追加加熱部として電気ヒータが設けられている、
請求項12記載の反応器(1)。
An electric heater is provided as the additional heating unit,
Reactor (1) according to claim 12.
前記電気ヒータは取り外し可能に、差込方式またはマッフルバーナーとして、前記熱交換器(17)から出た後の前記脱水素化処理対象の炭化水素含有ガス流(2)内に設けられる、
請求項13記載の反応器(1)。
The electric heater is detachably provided in the hydrocarbon-containing gas stream (2) to be dehydrogenated after exiting the heat exchanger (17) as an insertion method or a muffle burner.
Reactor (1) according to claim 13.
前記反応器(1)において、横方向と縦方向とに重ねられた複数のモノリス(4)から成るパッケージをそれぞれ有する、2つ以上の前記触媒活性区域(5)が設けられている、
請求項1から14までのいずれか1項記載の反応器(1)。
In the reactor (1), two or more catalytic active zones (5) are provided, each having a package consisting of a plurality of monoliths (4) stacked in the transverse and longitudinal directions,
Reactor (1) according to any one of the preceding claims.
同一の触媒活性区域(5)の中で、前記各モノリス(4)はそれぞれ異なる触媒活性を有するように構成されている、
請求項1から15までのいずれか1項記載の反応器(1)。
Within the same catalytic activity zone (5), each monolith (4) is configured to have a different catalytic activity,
Reactor (1) according to any one of the preceding claims.
つ以上の前記各触媒活性区域(5)は、それぞれ異なる触媒活性を有するように構成されている、
請求項15または16記載の反応器(1)。
Two or more of each of the catalytically active zone (5) is configured to have a different catalytic activity,
Reactor (1) according to claim 15 or 16.
前記横方向と縦方向とに重ねられてパッケージを構成する複数のモノリス(4)は、膨張マットまたは鉱物繊維不織布に包まれて、締付具を用いてケーシング内に組み付けられている、
請求項1から17までのいずれか1項記載の反応器(1)。
A plurality of monoliths (4) that are stacked in the transverse direction and the longitudinal direction to form a package are wrapped in an expansion mat or a mineral fiber nonwoven fabric and assembled in a casing using a fastener,
Reactor (1) according to any one of the preceding claims.
各混合区域(6)がそれぞれ管型分配器を有し、
各管型分配器は、
前記反応器(1)の長手方向に対して垂直な平面にて相互に平行に配置された複数の差込パイプ(19)と、
相互に等間隔に配置された複数の混合部材と
から成り、
前記複数の差込パイプ(19)は、1つまたは複数の分配室に連通されており、
前記複数の差込パイプ(19)は、前記差込パイプ(19)から、前記酸素含有ガス流(3)を流出させるための複数の出口を有し、当該複数の出口は相互に等間隔に配置されている、
請求項1から18までのいずれか1項記載の反応器(1)。
Each mixing zone (6) has its own pipe distributor,
Each tubular distributor is
A plurality of insertion pipes (19) arranged parallel to each other in a plane perpendicular to the longitudinal direction of the reactor (1);
It consists of a plurality of mixing members arranged at equal intervals from each other,
The plurality of plug-in pipes (19) communicate with one or more distribution chambers;
The plurality of insertion pipes (19) have a plurality of outlets for letting out the oxygen-containing gas flow (3) from the insertion pipe (19), and the plurality of outlets are equally spaced from each other. Arranged,
Reactor (1) according to any one of the preceding claims.
請求項1から19までのいずれか1項記載の反応器(1)を用いて自熱気相脱水素化を行う方法であって、
前記自熱気相脱水素化は、
タン、イソブタン、ブテンを脱水素反応させてブタジエンを生成するか、
エチルベンゼンを脱水素反応させてスチレンを生成するか、または、
エタンを脱水素反応させてエテンを生成する
ことを特徴とする方法。
A method for performing autothermal vapor phase dehydrogenation using the reactor (1) according to any one of claims 1 to 19, comprising:
Said autothermal vapor dehydrogenation is
Bed Tan, isobutane, butene by dehydrogenation or generation of butadiene,
Dehydrogenation of ethylbenzene to produce styrene, or
A method comprising producing ethene by dehydrogenating ethane.
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